MasinaAsincrona

7/29/2019 MasinaAsincrona

1/18

MAINA ASINCRON. Construcie. Principiul de funcionare. Regimuri defuncionare. Caracteristici de funcionare.

Cuprins

ANEXE

ARGUMENT

Mainile electrice sunt utilizate n toate sferele de activitate ale omului.Ele formeaz, practice, toate sursele de energie electric i elementele de acionare nvederea efecturii unui lucru mecanic de ctre mecanisme si instalaii.n vastul proces de conversie (transformare) a energiei, un loc nsemnat l ocupconversia electromecanic care se realizeaz cu ajutorul mainilor electrice. Astfel,maina care face conversia energiei mecanice n energie electric se numetegenerator electric, iar cea care face conversia energiei electrice n energie mecanic,

motor electric. Maina electric care, cu intervenia energiei mecanice, modificparametrii unei transmisiuni de energie electrica (tensiune, curent, frecventa etc.) senumete convertizor electric. Cnd maina electric primete att energie electric,ct i energie mecanic i le transform n cldur, prin efectul Joule, ea are rol defrn.

Masina asincrona este cea mai raspndita masina electrica. Ea se ntlneste pescara larga n actionarile electrice din toate sectoarele industriale si sociale, ndeosebin regimul de motor trifazat, pentru actionarea masinilor unelte, a pompelor, acompresoarelor, a morilor cu bile, a macaralelor electrice, a podurilor rulante, a

aparaturii medicale, a aparaturii electrocasnice etc.Motoarele asincrone se construiesc pentru o gama foarte larga de puteri (de laordinul unitatilor de W pna la ordinul zecilor de MW), pentru tensiuni joase (sub500V) si tensiuni medii (3 kV, 6 kV sau 10 kV) si avnd turatia sincrona la frecventaf = 50Hz egala n mod uzual cu n =500, 600, 750, 1000, 1500 sau 3000 rot/min, nfunctie de numarul de perechi de poli.

Principalele avantaje ale motoarelor asincrone fata de alte tipuri de motoareelectrice sunt:

- simplitate constructiva;

- pret de cost redus;- siguranta mare n exploatare;- performante tehnice ridicate (cuplu mare de pornire, randament ridicat);

2


2/18

- stabilitate n functionare, exploatare, manevrare si ntretinere simpla;- alimentare direct de la reteaua trifazata de c.a.;

Dintre principalele dezavantaje putem enumera:- soc mare de curent la pornire;- factor de putere relativ scazut;

- caracteristica mecanica dura;Regimul de generator al masinii asincrone este mai rar folosit datorita puteriireactive (de magnetizare) relativ mare pe care masina trebuie s-o ia de la retea.

n actionarile electrice, n cazuri speciale, masina asincrona poate functionapentru scurta durata si n regimul de frna electrica.

Dezvoltarea construciei de maini electrice este strns legat de progreselefcute n teoria cmpului electromagnetic i a materialelor electrotehnice. Deasemenea innd cont de diferena mare dintre cheltuielile de achiziie fa decheltuielile de funcionare, este de preferat folosirea de motoare cu randament mare i

eficiena sporit, parametri pe care un motor electric asincron bine ales i poate avea,acesta fiind astfel preferat n instalaiile electrice. Motoarele pot funciona ninteriorul sau exteriorul cldirilor n condiii de mediu diferite; temperat sau tropical,coninut ridicat de praf, lipsa agenilor chimici corozivi sau inflamabili.

Lucrarea de fa i propune s prezinte Maina asincron conform tematiciiprimite. Pentru realizarea ei am studiat materiale bibliografice indicate, dar i altelucrri tiinifice cum ar fi: cri i reviste de specialitate i STAS - uri. n acest felam corelat cunotinele teoretice i practice dobndite n timpul colii cu cele ntlniten documentaia tehnic de specialitate parcurs n perioada de elaborare a atestatului

profesional.Lucrarea este structurat n patru capitole. n primul capitol este prezentat

construcia mainilor asincrone. Capitolul doi prezint principiul i regimurile defuncionare ale mainilor asincrone, iar n capitolul trei i patru sunt prezentate

principalele caracteristici ale motoarelor asincrone.

3


3/18

I. CONSTRUCIA MAINILOR ASICRONE

I.1. Definiii i elemente constructive de baz

Numim masina asincrona orice masina de curent alternativ, care la frecventadata a retelei, functioneaza cu o turatie variabila cu sarcina.

Masina asincrona consta intr-o armatur statorica, numita pe scurt stator si oarmature rotorica, numita rotor. Statorul format din unul sau mai multe pachete detole are in crestaturi o infasurare monofazata sau trifazata care se conecteaza la reteasi formeaza inductorul masinii.

Rotorul este format tot din pachete de tole, iar in crestaturi poate avea oinfasurare trifazata conectata in stea cu capetele scoase la trei inele sau o infasurare inscurtcircuit de tipul unei colivii. De aceea, dupa forma infasurarii rotorului, masinileasincrone se mai numesc masini asincrone cu inele si masini asincrone cu rotorul incolivie.

In afara acestor parti, masina mai are, in functie de destinatie, de tipul deprotectie si de forma constructive, de sistemul de racire de putere si tensiune, o seriede elemente constructive.

Construcia mainii asincrone este influenat de tipul de protecie, decondiiile de funcionare i de valorile impuse pentru caracteristicile de funcionare ide pornire.

Micarea rotorului n interiorul statorului este asigurat de un spaiu cu aernumit ntrefier, locul transformrilor energetice din main

Terminologia generala pentru masinile electrice, data in STAS 4861-73cuprinde si terminologia subansamblurilor si pieselor componente. Simbolizareaformelor constructive este data in STAS 3998-74.

I.2. Scheme convenionale

In figura 1. se dau o parte din semnele conventionale pentru masinile asincrone

4


4/18

(STAS 1590-71). Notarea infasurarilor statorice si rotorice se face conform STAS353071. La infasurarea statorica trifazata, cu cele sase capete scoase, bornele suntnotate si asezate pe placa.(STAS 8457-79)

Fig. 1. Semne conventionale pentru masinile asincrone

a motor asincron trifazat cu rotorul in scurtcircuit; b motor cu rotorul bobinat; c

motorul monofazat; d motor monofazat cu faza auxiliara

I.3. Domenii de utilizare

Se utilizeaza aproape in exclusivitate ca motor in actionarile cu turatie practiceconstanta si mai rar la turatii variabile, din cauza instalatiilor de alimentarecostisitoare. Motoarele asincrone trifazate formeaza cea mai mare categorie deconsumatori de energie electrica din sistemul energetic, fiind utilizate in toatedomeniile de activitate (masini unelte, poduri rulante, macarale, pompe, etc).Motoarele monofazate sunt utilizate in special in intalatiile de uz gospodaresc

(ventilatoare, aeroterme, pompe, masini de spalat rufe, polizoare, masini de gauritetc.)

I.4. Statorul masinii asincrone

Statorul masinii asincrone joaca rolul de inductor. n stator se obtine un cmpmagnetic nvrtitor, pe cale electrica, cu ajutorul unei nfasurari trifazate parcurse decurenti alternative trifazati, nfasurare asezata n crestaturi.

Statorul cuprinde urmtoarele elemente principale: carcasa, miezul

feromagnetic i nfurarea inductoare.Carcasaare rol de suport al miezului feromagnetic i al nfurrii inductoare,

prin intermediul creia maina se fixeaz pe placa de fundaie. Ea se poate executa nmai multe variante:- turnat din font - pentru un numr mare de maini;- n construcie sudat, din oel pentru un numr redus de buci, ct i in cazulmainilor cu solicitri mecanice mari.

Ca dezavantaje ale carcaselor turnate se pot meniona: greutatea mai mare cuaproximativ 30% dect a celor sudate (grosimi de perei mai mari i mai neuniforme),

posibilitatea apariiei rebuturilor n procesul turnrii.Din punct de vedere mecanic, carcasa este supus eforturilor de ncovoiere itorsiune, ct i vibraiilor. Pentru creterea eficacitii sistemului de rcire, n funcie

5

a b c d


5/18

de tipul constructiv i de protecie al mainii, carcasele se prevd cu ferestre de accespentru aerul de rcire.

Miezul feromagnetic al statoruluieste parcurs de un cmp magnetic variabil ntimp i de aceea se realizeaz din tabl silicioas laminat la rece cu cristaleneorientate, izolate cu lac sau cu oxizi, de grosime 0,5 mm.

Crestaturile miezului statoric se obtin prin stantarea tolelor nainte dempachetarea miezului si pot fi seminchise sau deschise. Crestaturile seminchise(figura 2.1, a) prezinta avantajul unui flux de dispersie mai redus, dar nfasurareatrebuie realizata din conductor rotund si introdusa fir cu fir, neputnd fi realizataafara pe sablon. Crestaturile seminchise se utilizeaza la masini de puteri mici.Crestaturile deschise (figura 2.1, b) permit realizarea nfasurarii afara pe sablon dar

prezinta un flux de dispersie mai mare. Se utilizeaza la masini de puteri mari.

Figura 2.1 Figura 2.2

Infurarea statorului este o nfurare trifazat ntr-un strat sau n dublu strat(cel mai frecvent), se execut sub form de bobine cu una sau mai multe spire i esteplasat n crestturile miezului statoric.

Forma conductoarelor, tipul nfurrii i forma crestturilor depind deseciunea conductoarelor i tensiunea de lucru, iar schema de izolaie este impus detensiunea de alimentare.

Infurrile din conductor rotund (din srm) sunt folosite practic, exclusiv lamainile de joas tensiune i, n special, la cele de puteri mici, unde diametrul srmeinu depete 2,5 mm.

La mainile mari, seciunea conductorului cerut de curentul mare almainii este realizat prin folosirea mai multor fire n paralel. Izolaia de cresttureste format dintr-o folie sau dou de NMN, iar la capetele de bobin, ntre faze, sentrete izolaia prin introducerea unor folii izolante.

nfurrile din conductor profilat se folosesc la seciuni mai mari aleconductorului, sunt tot nfurri de joas tensiune, conductorul profilat folosit esteizolat cu email i dou straturi de fire de sticl.

La mainile asincrone bobinele au mai multe spire, aezarea conductoarelor ncresttur facndu-se pe lat. Un aspect deosebit al acestei nfurri este cel alconsolidrii captului de bobin. La stator aceast consolidare se face prin legarea cu

sfoar poliesterica sau poliglas ntre bobine a unor distanori izolani din materialstratificat i de tasare, iar capetele de bobin se leag de un inel izolant.

6


6/18

Infurrile din conductor profilat izolate (prefabricate) sunt utilizate numai lainalt tensiune, n acest caz fiind necesare miezuri magnai ce cu crestturi deschise.Laturile active sunt izolate cu teac izolant (micaband 1/2 suprapus n 5-7 straturi)obinut prin operaia de micanizare, iar capetele frontale se izoleaz cu bandizolant. Izolaia de cresttur nu se mai folosete, ci numai cea de protecie de la

fundul crestturii i dintre straturi.nfurrile cu bobine din bare se folosesc n special la : motoarele asincronede putere mare unde seciunea conductorului SCu>20 mm2. Barele pot fi izolate sauneizolate (cnd bara se izoleaz n cadrul procesului de fabricaie. Barele formate laambele capete se introduc n cresttur prin deschiderea acesteia, iar cele formate laun singur capt sunt introduse n cresttur pe la partea frontal a miezului.

I.5. Rotorul masinii asincrone

Rotorul masinii asincrone joaca rolul de indus i este format din: arbore,miezul feromagnetic i nfurare. Dup tipul nfurrii distingem, rotor nscurtcircuit sau bobinat, n care caz rotorul este prevzut cu inele colectoare la care seleag capetele nfurrii.

Miezul feromagnetic al rotorului are aceiai construcie ca i cel al statorului,deoarece tolele rotorice se staneaz din interiorul tolelor statorice.

Daca masina asincrona este cu rotorul bobinat, atunci nfasurarea rotorica estede tipul nfasurarilor de c.a. trifazate, cu pas diametral, ntr-un strat sau n douastraturi. Crestaturile n acest caz sunt seminchise avnd de obicei forma de para(figura 2.2).

Daca masina este cu rotorul n scurtcircuit, atunci nfasurarea rotorica este detipul colivie realizata prin turnare din bare de Cu sau Al scurtcircuitate la capete dedoua inele din acelasi material (figura 3). Turnarea coliviei se face prin injectie directn crestaturile rotorice, acestea fiind de data aceasta nchise sau seminchise (figura4., a).

La masini de puteri mai mari pentru reducerea curentului de pornire se folosesccolivii cu bare nalte (figura 4., b) sau duble colivii (figura 4., c).

Figura 3 Figura 4.

n cazul masinii cu rotorul bobinat, capetele nfasurarii rotorice sunt scoase nexterior cu ajutorul unor contacte alunecatoare compuse din trei inele de bronz

7


7/18

solidare cu rotorul pe care aluneca perii din bronz grafitat fixate si izolate fata decarcasa masinii (vezi Anexe).

Ventilatia nfasurarii statorice se realizeaza de obicei la puteri mici si medii cuajutorul ventilatorului axial montat pe axul masinii (vezi Anexe), iar ventilatianfasurarii rotorice se realizeaza cu ajutorul aripioarelor de pe inelele de

scurtcircuitare care se toarna odata cu colivia.

II. PRINCIPIUL I REGIMURILE DE FUNCIONARE

II.1. Principiul de funcionare al mainii asincrone

n crestturile statorice sunt amplasate trei nfurri repartizate identice. Acestenfurri sunt decalate, ntre ele, cu 120 geometrice. Prin bobine vor circula cureniii1, i2 i i3. Aceti cureni formeaz un sistem trifazat simetric (cureni egali). Trecereacurentului prin bobine, conform legii induciei electromagnetice, determin apariiaunui cmp magnetic alternativ cu repartiie sinusoidal. n consecin, nfurareastatoric parcurs de curentul alternativ trifazat d natere unui cmp magneticnvrtitor care se rotete n sensul succesiunii fazelor cu turaia de sincronism n1:

p

fn

.601 =

[rot/min]unde: n1 turaia cmpului magnetic nvrtitor statoric (turaie sincron);

f frecvena curenilor din stator (50 Hz); p numrul de perechi de poli.Dac rotorul este n repaus, acest cmp va induce n fazele nfurrii rotorice,

conform legii induciei electromagnetice, tensiuni electromotoare.n cazul n care nfurarea rotoric este scurtcircuitat sau se racordeaz pe o

impedan trifazat simetric, aceste tensiuni electromotoare (induse) alctuiesc unsistem simetric i echilibrat iar curenii indui, asemenea celor din nfurrilestatorice, determin apariia unui cmp magnetic nvrtitor. Prin interaciuneacmpului magnetic statoric cu aceti cureni indui vor lua natere foreelectromagnetice care se vor exercita asupra fiecrui conductor rotoric.

Pe stator se afl nfurarea trifazat alimentat n curent alternativ. Cele treibobine ale nfurrii statorice trifazate sunt repartizate n crestturi astfel nct ntreele s existe un decalaj spaial de 120. n aceste condiii, fiecare bobin genereaz uncmp radial, iar cele trei cmpuri elementare au ca rezultant un cmp constant ca

valoare care se rotete cu viteza constant = 2f (f frecvena tensiunii dealimentare a bobinelor). Se obine deci un cmp nvrtitor pe cale mecanic (prinmijloace statice).

8


8/18

Acestor fore le corespunde un cuplu obinut prin nsumarea tuturor cuplurilordeterminate de forele ce acioneaz asupra conductoarelor rotorice, cuplu caredetermin punerea n micare a rotorului, cu turaia n, n sensul cmpului nvrtitorstatoric. Suma cuplurilor motoare corespunztoare fiecrui conductor activ alrotorului d valoarea cuplului rezultant de rotaie al mainii, adic cuplul

electromagnetic M.Cnd rotorul se mic, n nfurarea rotoric se induc cureni de frecvenf2=p(n1-n), cureni care produc un cmp nvrtitor de turaie n2:

p

fn 22 =

Unda nvrtitoare a cmpului magnetic rotoric este sincron cu cea statoricdeoarece rotorul se rotete cu turaia n, i fa de stator are turaia n2+n=n1.

Dac rotorul se va roti din exterior cu turaia n=n1, n nfurarea rotoric nu sevor mai induce cureni (pentru c aceast nfurare nu se afl n micare relativ fa

cmpul inductor), n main nu va mai aprea cuplu electromagnetic.Dac rotorul va fi lsat liber, datorit forelor de frecare i a cuplului rezistent de

la ax, turaia rotorului va descrete. Rotorul alunec fa de cmpul statoricrmnnd n urm.

Alunecarea, mrimea caracteristic motoarelor asincrone, se definete astfel:

1

1

n

nns

=

Astfel, frecvena curenilor rotorici, poate fi exprimat funcie de frecvena curenilor

din stator:sf

n

nnpnpnf 1

1

1

122 =

==

n regim nominal de funcionare al motorului asincron, conform acestei relaii,frecvena curenilor rotorici este mult mai mic dect frecvena curenilor statoricideoarece alunecarea s este cuprins ntre (3-10)%.

De aici rezult c maina asincron modific i frecvena energiei primite i,deci, o a doua justificare a denumirii ce i s-a dat, de transformator generalizat.

Este cunoscut faptul c vitezele unghiulare sunt proporionale cu vitezele derotaie, i ca atare, expresia alunecrii poate deveni:

1

1

=s

unde: p1

1

=

este viteza unghiular a cmpului nvrtitor

ip

=

viteza unghiular a rotorului.Observaie:Turaia n a fost mprit la 60 pentru a se putea exprima n rot/min unitate uzual

9


9/18

pentru mainile electrice rotative.

II.2. Regimurile de funcionare ale mainii asincrone

Regimul de motor al mainii asincrone

Pentru 0


10/18

S=- Gen.asincron s=0 Mot. asincron s=l Frn elmag.S=

n=- Gen.asincron n =n1

Mot.asincron n=0 Frn elmag. n=-

III. CARACTERISTICA MECANIC NATURAL

In studiul funcionrii mainii asincrone prezint o importan particularcaracteristica mecanic M = f(s). Avnd n vedere dependena liniar dintrealunecareas i turaia n,putem defini caracteristica mecanic i sub forma n=f(M).

In figura 10. s-au reprezentat grafic aceste caracteristici i s-au precizatregimurile de funcionare ale mainii.

a. b.

Fig. 10. Caracteristica mecanic la maina asincron n cele dou variante

a). curba M = f(s); b). curba n=f(M)

11


11/18

IV. CARACTERISTICILE MOTORULUI ASINCRON TRIFAZAT

IV.1. Caracteristici de funcionare ale motorului asincron trifazatPrincipalele caracteristici de funcionare ale motorului asincron trifazat sunt:

- caracteristica mecanic, analizat anterior;- caracteristica randamentului i a factorului de putere;- caracteristica factorului de putere;

Caracteristica randamentului reprezint variaia randamentului n funcie deputerea util ( )2P ; atunci cnd tensiunea i frecvena tensiunii de alimentare astatorului rmn constante. Se tie c 12 /PP= , ns += PPP 21 , n care P

reprezint pierderile de putere ale motorului i anume: pierderile n stator 1CuFe PP+

i pierderile n rotor mCu PP + 2 .Randamentul motorului asincron atinge valoarea maxim ntre 7550 % din

puterea nominal i are valori de 9385 %. Forma caracteristicii ( )2P este cea din fig.11.

Caracteristica factorului de putere reprezint variaia factorului de putere nfuncie de puterea util cos ( )2P , atunci cnd tensiunea i frecvena tensiunii dealimentare a statorului rmn constante. Forma caracteristicii este cea din fig. 11.motorul asincron are cos 1


12/18

Fig. 11. Caracteristica randamentului i a factorului de putere

IV.2 .Caracteristicile mecanice artificiale

La maina asincron, n raport cu mrimea care se modific se definescurmtoarele tipuri de caracteristici mecanice artificiale:- Caracteristicile mecanice artificiale de tensiune- Caracteristicile mecanice artificiale, reostatice- Caracteristicile mecanice artificiale de frecven- Caracteristicile mecanice artificiale de tensiune i frecven

- Caracteristicile mecanice artificiale de tensiune

Dac se crete tensiunea de alimentare peste valoarea nominal, ifrecvena se menine constant (U1 certe, U1 i f1si fx -const), atunci rezult ocretere a saturaiei magnetice a mainii ceea ce determin o cretere substanial acurentului de magnetizare (vezi fig. 12).

Se are n vedere ca la funcionarea m gol maina asincrona are un curent demagnetizare mare 1I = (25 - 50)%/w, deci prin aceast cretere va rezulta un curentapropiat de cel nominal. In aceste condiii capacitatea de ncrcare a mainii reducemult, deci posibilitatea creterii tensiunii de alimentare nu se recomand.

Dac se micoreaz tensiunea de alimentare nu mai sunt probleme cu saturaia,i observm o reducere pronunat a cuplului critic.

13


13/18

Fig. 12. Caracteristicile mecanice artificiale de tensiune- Caracteristicile mecanice artificiale reostatice

In cazul variaiei rezistenei suplimentare din circuitul rotorului observmmodificarea alunecrii critice n timp ce cuplul critic se pstreaz constant.

In fig. 13 pentru ilustrare sunt reprezentate caracteristicile mecanice artificiale

reostatice.

Fig. 13. Caracteristicile mecanice artificiale reostatice

Observaie. Creterea rezistenei R1 sau reactanei (X1+C1X2) estedezavantajoas. Cuplurile MK i Mp se reduc: maina pornete mai greu i are ocapacitate de suprasarcin mai mic.

- Caracteristicile mecanice artificiale de frecven

14


14/18

Considerm maina alimentat de la o surs de tensiune constant i , frecvenvariabil. Pentru exemplificare considerm trei frecvene de referin (cea nominal,

una mai mic dect cea nominal, respectiv cea de-a treia mai mare, adic f1< f1

MasinaAsincrona

Documents

Transcript of MasinaAsincrona